CN107255225A - 基于加权修正参数p范数的管道泄漏高精度声学定位方法 - Google Patents

基于加权修正参数p范数的管道泄漏高精度声学定位方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于加权修正参数P范数的管道泄漏高精度声学定位方法，它涉及燃气管道泄漏技术领域；它的定位方法为：首先利用FLUENT流体力学分析软件对管道气体泄漏喷流流场进行数值模拟，得到管道气体泄漏时的瞬态流场分布、喷流速度，在计算流场时，采用了大涡模拟的数值模拟方法；流场计算的结果为喷射噪声的数值模拟提供依据；再利用声学类比原理，根据其基本方程‑莱特希尔方程，利用流场模拟计算得到的流速和压强的分布情况，直接求解声学方程得到管道泄漏点外空间的声场分布；最后，进行P范数噪声源信号重构，计算噪声源信号，得到泄漏点方位及强度信息。本发明便于能实现燃气管道泄露源定位检测，且能实现精准定位，效率高。

Description

基于加权修正参数P范数的管道泄漏高精度声学定位方法
技术领域
本发明涉及基于加权修正参数P范数的燃气管道泄漏高精度声学定位方法，属于燃气管道泄漏技术领域。
背景技术
管道泄漏过程中，在内外压差的作用下，介质在空口形成最高的流动速度。泄漏的介质高速穿过微小空隙时，由于震动、减速、突然膨胀、扩张或撞击等，流体产生雷诺应力或剪切力形成湍流导致空气发声。而在检测与定位泄露时不准确，浪费时间。
发明内容
针对上述问题，本发明要解决的技术问题是提供基于加权修正参数P范数的燃气管道泄漏高精度声学定位方法。
本发明的基于加权修正参数P范数的管道泄漏高精度声学定位方法，它的定位方法为：首先进行P范数噪声源信号重构，计算噪声源信号；再利用FLUENT有限元分析软件对管道气体泄漏喷流流场进行数值模拟，得到管道气体泄漏时的流场分布、喷流速度，在计算流场时，采用了大涡模拟的数值模拟方法；流场计算的结果为射流声场的数值模拟提供依据；随后，利用声学类比原理，根据其基本方程-莱特希尔方程，利用流场模拟计算得到的流速和压强的分布情况，直接求解声学方程得到泄漏处的声场分布。
作为优选，所述的莱特希尔方程为：管道泄漏产生湍流噪声过程，采用莱特希尔气动力声方程表示：莱特希尔将湍流所产生的空气动力流看作是淹没在静止的均匀介质中的雷诺应力,即四极子声源的辐射；湍流喷注噪声的声功率与喷注速度的八次方成正比，与喷注直径的平方成正比；
W＝KD2ρ0U8/c0 5
其中，K为莱特希尔常数，约为3×10-5，D为泄露孔直径，ρ0为介质密度，U为泄露速度，c0为声速，约为340m/s；
管道外泄露声压为：
其中，θ泄漏声场与轴线所成角度，w固有频率，k波数。
作为优选，所述P范数噪声源信号重构法如下：
首先将扫描域离散化为N个格点区域，节点处为波束扫描点，各扫描点均存在一预设声源，除目标声源外，其余为假想声源，所有预设声源幅值构成了子空间内(T·N)×1维声源向量Si，T表示预设声源类型数；认为该子空间响应函数ui是由这些预设源辐射的声场叠加产生,不同预设声源类型联合构成了扫描点与阵元间的M×(T·N)维传递函数矩阵H，通过求解式HSi＝ui可计算出声源向量Si,即该子空间内波束扫描输出；求解式为声学逆问题,通常采用正则化技术获得问题的近似解；
其中α称为正则化参数；其取值与输入的信噪比有关，通常为矩阵HH-1(或H-1H)最大特征值的0.1％～10％；
由于假想声源并不真实存在，其幅值在向量Si表现为零或近似为零，采用基于加权修正参数的P范数迭代算法，将求解式转化为如下线性约束优化问题；
其中p的取值范围为0到1之间，分别代表不同的范数约束；E(p)(Si)越小说明Si中的信息越局部化，越稀疏；采用Lagrange乘子的方法求解上式，要最小化的代价函数为：
其中λ为Lagrange乘子向量，对Si和λ分别求复梯度并求解，得到：
由(4)式可得：
进而可解出关于声源向量Si和Lagrange乘子λ的形式解如下：
其中W＝diag(|Si(n)|P-2)；由于式(6)是一个非线性方程，因此需要采用迭代方法求解Si；将W作为迭代加权矩阵，其取值为前一次迭代结果构成的对角阵，代入公式(6)获得新一代的Si，由其构成的W作为下一代加权矩阵，如此反复直至达到最优解为止；考虑到矩阵HW-1HH通常为病态的，需要在每次迭代过程中引入正则化参数降低重构误差；综上得到求解声源向量Si的迭代公式如下：
其中(k)表示迭代次数，同理可获得每次迭代的代价函数为：
由于声源向量Si信息局部化的特点，在每次的迭代过程中都会有部分元素值为零，将这些元素代入加权矩阵W中时所对应的加权值同样为零，这样使得在中为零的元素在中依然为零；并将加权矩阵W加以修正：
W＝diag(|Si(n)|P-2+ε) (9)。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：便于能实现燃气管道泄露源定位检测，且能实现精准定位，效率高。
具体实施方式
本具体实施方式采用以下技术方案：它的定位方法为：首先利用FLUENT流体力学分析软件对管道气体泄漏喷流流场进行数值模拟，得到管道气体泄漏时的流场分布、喷流速度，在计算流场时，采用了大涡模拟的数值模拟方法；流场计算的结果为喷射噪声的数值模拟提供依据；再利用声学类比原理，根据其基本方程-莱特希尔方程，利用流场模拟计算得到的流速和压强的分布情况，直接求解声学方程得到管道周围的声场分布；最后，进行P范数噪声源信号重构，计算噪声源信号，得到泄漏点方位及强度信息。
进一步的，所述的莱特希尔(Lighthill)方程为：管道泄漏产生湍流噪声过程，采用莱特希尔气动力声方程表示：莱特希尔将湍流所产生的空气动力流看作是淹没在静止的均匀介质中的雷诺应力,即四极子声源的辐射；湍流喷注噪声的声功率与喷注速度的八次方成正比，与喷注直径的平方成正比；
W＝KD2ρ0U8/c0 5
其中，K为莱特希尔常数，约为3×10-5，D为泄露孔直径，ρ0为介质密度，U为泄露速度，c0为声速，约为340m/s；
管道外泄露声压为：
其中，θ泄漏声场与轴线所成角度，w固有频率，k波数。
进一步的，所述P范数噪声源信号重构法如下：
首先将扫描域离散化为N个格点区域，节点处为波束扫描点，各扫描点均存在一预设声源，除目标声源外，其余为假想声源，所有预设声源幅值构成了子空间内(T·N)×1维声源向量Si，T表示预设声源类型数；认为该子空间响应函数ui是由这些预设源辐射的声场叠加产生,不同预设声源类型联合构成了扫描点与阵元间的M×(T·N)维传递函数矩阵H，通过求解式HSi＝ui可计算出声源向量Si,即该子空间内波束扫描输出；求解式为声学逆问题,通常采用正则化技术获得问题的近似解；
其中α称为正则化参数；其取值与输入的信噪比有关，通常为矩阵HH-1(或H-1H)最大特征值的0.1％～10％；
由于假想声源并不真实存在，其幅值在向量Si表现为零或近似为零，采用基于加权修正参数的P范数迭代算法，将求解式转化为如下线性约束优化问题；
其中p的取值范围为0到1之间，分别代表不同的范数约束；E(p)(Si)越小说明Si中的信息越局部化，越稀疏；采用Lagrange乘子的方法求解上式，要最小化的代价函数为：
其中λ为Lagrange乘子向量，对Si和λ分别求复梯度并求解，得到：
由(4)式可得：
进而可解出关于声源向量Si和Lagrange乘子λ的形式解如下：
其中W＝diag(|Si(n)|P-2)；由于式(6)是一个非线性方程，因此需要采用迭代方法求解Si；将W作为迭代加权矩阵，其取值为前一次迭代结果构成的对角阵，代入公式(6)获得新一代的Si，由其构成的W作为下一代加权矩阵，如此反复直至达到最优解为止；考虑到矩阵HW-1HH通常为病态的，需要在每次迭代过程中引入正则化参数降低重构误差；综上得到求解声源向量Si的迭代公式如下：
其中(k)表示迭代次数，同理可获得每次迭代的代价函数为：
由于声源向量Si信息局部化的特点，在每次的迭代过程中都会有部分元素值为零，将这些元素代入加权矩阵W中时所对应的加权值同样为零，这样使得在中为零的元素在中依然为零；并将加权矩阵W加以修正：
W＝diag(|Si(n)|P-2+ε) (9)。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.基于加权修正参数P范数的管道泄漏高精度声学定位方法，其特征在于：它的定位方法为：首先利用FLUENT流体力学分析软件对管道气体泄漏喷流流场进行数值模拟，得到管道气体泄漏时的流场分布、喷流速度，在计算流场时，采用了大涡模拟的数值模拟方法；流场计算的结果为喷射噪声的数值模拟提供依据；再利用声学类比原理，根据其基本方程-莱特希尔方程，利用流场模拟计算得到的流速和压强的分布情况，直接求解声学方程得到管道泄漏点外空间的声场分布；最后，进行P范数噪声源信号重构，计算噪声源信号，得到泄漏点方位及强度信息。
2.根据权利要求1所述的基于加权修正参数P范数的管道泄漏高精度声学定位方法，其特征在于：所述的莱特希尔方程为：管道泄漏产生湍流噪声过程，采用莱特希尔气动力声方程表示：莱特希尔将湍流所产生的空气动力流看作是淹没在静止的均匀介质中的雷诺应力,即四极子声源的辐射；湍流喷注噪声的声功率与喷注速度的八次方成正比，与喷注直径的平方成正比；
W＝KD2ρ0U8/c0 5
其中，K为莱特希尔常数，D为泄露孔直径，ρ0为介质密度，U为泄露速度，c0为声速；
管道外泄露声压为：
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其中，θ泄漏声场与轴线所成角度，w固有频率，k波数。
3.根据权利要求1所述的基于加权修正参数P范数的管道泄漏高精度声学定位方法，其特征在于：所述P范数噪声源信号重构法如下：
首先将扫描域离散化为N个格点区域，节点处为波束扫描点，各扫描点均存在一预设声源，除目标声源外，其余为假想声源，所有预设声源幅值构成了子空间内(T·N)×1维声源向量Si，T表示预设声源类型数；认为该子空间响应函数ui是由这些预设源辐射的声场叠加产生,不同预设声源类型联合构成了扫描点与阵元间的M×(T·N)维传递函数矩阵H，通过求解式HSi＝ui可计算出声源向量Si,即该子空间内波束扫描输出；求解式为声学逆问题,通常采用正则化技术获得问题的近似解；
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其中α称为正则化参数；其取值与输入的信噪比有关，通常为矩阵HH-1最大特征值的0.1％～10％；
由于假想声源并不真实存在，其幅值在向量Si表现为零或近似为零，采用基于加权修正参数的P范数迭代算法，将求解式转化为如下线性约束优化问题；
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其中p的取值范围为0到1之间，分别代表不同的范数约束；E(p)(Si)越小说明Si中的信息越局部化，越稀疏；采用Lagrange乘子的方法求解上式，要最小化的代价函数为：
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由(4)式可得：
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进而可解出关于声源向量Si和Lagrange乘子λ的形式解如下：
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其中W＝diag(|Si(n)|P-2)；由于式(6)是一个非线性方程，因此需要采用迭代方法求解Si；将W作为迭代加权矩阵，其取值为前一次迭代结果构成的对角阵，代入公式(6)获得新一代的Si，由其构成的W作为下一代加权矩阵，如此反复直至达到最优解为止；考虑到矩阵HW- 1HH通常为病态的，需要在每次迭代过程中引入正则化参数降低重构误差；综上得到求解声源向量Si的迭代公式如下：
<mrow> <mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <msubsup> <mi>S</mi> <mi>i</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <mi>k</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> </msubsup> <mo>=</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msup> <mi>W</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> </msup> <mo>)</mo> </mrow> <mrow> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msup> <msup> <mi>H</mi> <mi>H</mi> </msup> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>H</mi> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msup> <mi>W</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> </msup> <mo>)</mo> </mrow> <mrow> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msup> <msup> <mi>H</mi> <mi>H</mi> </msup> <mo>+</mo> <mi>&amp;alpha;</mi> <mi>I</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mrow> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msup> <msub> <mi>u</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msup> <mi>&amp;lambda;</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <mi>k</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> </msup> <mo>=</mo> <mo>-</mo> <mi>P</mi> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <mi>H</mi> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msup> <mi>W</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <mi>k</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> </msup> <mo>)</mo> </mrow> <mrow> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msup> <msup> <mi>H</mi> <mi>H</mi> </msup> <mo>+</mo> <mi>&amp;alpha;</mi> <mi>I</mi> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> <mrow> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msup> <msub> <mi>u</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>7</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
其中(k)表示迭代次数，同理可获得每次迭代的代价函数为：
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由于声源向量Si信息局部化的特点，在每次的迭代过程中都会有部分元素值为零，将这些元素代入加权矩阵W中时所对应的加权值同样为零，这样使得在中为零的元素在中依然为零；并将加权矩阵W加以修正：
W＝diag(|Si(n)|P-2+ε) (9)。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108038275A (zh) * 2017-11-28 2018-05-15 哈尔滨理工大学 一种天然气管道泄漏声场的数值仿真及特性分析方法
CN108304645A (zh) * 2018-01-29 2018-07-20 中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所 一种空腔噪声产生与传播规律的一体化数学建模方法
CN109915739A (zh) * 2019-04-11 2019-06-21 中国石油化工股份有限公司 一种基于喷注噪声的海底管道泄漏检测系统
CN110836331A (zh) * 2019-10-12 2020-02-25 吉林省百瑞生科技发展有限公司 一种土壤中管道和阀井中的泄漏监测系统及方法
CN110953488A (zh) * 2019-12-30 2020-04-03 中国海洋石油集团有限公司 基于堆栈自编码的气液两相流管道泄漏声发射检测方法
CN113639934A (zh) * 2021-08-31 2021-11-12 郑州大学 气体泄漏位置三维定位方法、定位系统
CN114323481A (zh) * 2021-12-31 2022-04-12 北京卫星环境工程研究所 一种气体多源泄漏声像定位方法及声像定位系统

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3015838A1 (de) * 2014-10-22 2016-05-04 Sonotec Ultraschallsensorik Halle GmbH Verfahren und vorrichtung zur akustischen messung von austrittsgeschwindigkeiten und/oder austrittsvolumenströmen von gasen oder flüssigkeiten
CN105840987A (zh) * 2016-04-25 2016-08-10 北京宏信环科科技发展有限公司 一种基于压力波和声波的管道泄漏加权定位方法及装置
CN106096243A (zh) * 2016-06-02 2016-11-09 东北电力大学 一种基于伴随矩阵的供水管网泄漏故障反向寻源方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3015838A1 (de) * 2014-10-22 2016-05-04 Sonotec Ultraschallsensorik Halle GmbH Verfahren und vorrichtung zur akustischen messung von austrittsgeschwindigkeiten und/oder austrittsvolumenströmen von gasen oder flüssigkeiten
CN105840987A (zh) * 2016-04-25 2016-08-10 北京宏信环科科技发展有限公司 一种基于压力波和声波的管道泄漏加权定位方法及装置
CN106096243A (zh) * 2016-06-02 2016-11-09 东北电力大学 一种基于伴随矩阵的供水管网泄漏故障反向寻源方法

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108038275A (zh) * 2017-11-28 2018-05-15 哈尔滨理工大学 一种天然气管道泄漏声场的数值仿真及特性分析方法
CN108304645A (zh) * 2018-01-29 2018-07-20 中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所 一种空腔噪声产生与传播规律的一体化数学建模方法
CN108304645B (zh) * 2018-01-29 2021-07-06 中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所 一种空腔噪声产生与传播规律的一体化数学建模方法
CN109915739B (zh) * 2019-04-11 2021-01-05 中国石油化工股份有限公司 一种基于喷注噪声的海底管道泄漏检测系统
CN109915739A (zh) * 2019-04-11 2019-06-21 中国石油化工股份有限公司 一种基于喷注噪声的海底管道泄漏检测系统
CN110836331A (zh) * 2019-10-12 2020-02-25 吉林省百瑞生科技发展有限公司 一种土壤中管道和阀井中的泄漏监测系统及方法
CN110836331B (zh) * 2019-10-12 2020-12-04 中国石油天然气集团有限公司 一种土壤中管道和阀井中的泄漏监测系统及方法
CN110953488B (zh) * 2019-12-30 2021-04-02 中国海洋石油集团有限公司 基于堆栈自编码的气液两相流管道泄漏声发射检测方法
CN110953488A (zh) * 2019-12-30 2020-04-03 中国海洋石油集团有限公司 基于堆栈自编码的气液两相流管道泄漏声发射检测方法
CN113639934A (zh) * 2021-08-31 2021-11-12 郑州大学 气体泄漏位置三维定位方法、定位系统
CN113639934B (zh) * 2021-08-31 2024-03-26 郑州大学 气体泄漏位置三维定位方法、定位系统
CN114323481A (zh) * 2021-12-31 2022-04-12 北京卫星环境工程研究所 一种气体多源泄漏声像定位方法及声像定位系统
CN114323481B (zh) * 2021-12-31 2023-11-10 北京卫星环境工程研究所 一种气体多源泄漏声像定位方法及声像定位系统

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